近眼顯示系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近眼顯示系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括激光光源、分光組件、光纖陣列、放大鏡組和控制器，所述分光組件包括M*N個(gè)輸出通道，所述光纖陣列的出射端面為曲面，且所述光纖陣列的出射端面設(shè)置在所述放大鏡組的焦距內(nèi)；所述激光光源輸出的激光經(jīng)過所述分光組件后，被分成M*N個(gè)光束；所述控制器電性連接所述分光組件，用于根據(jù)影像信息的顯示視場(chǎng)灰度，控制所述分光組件中每個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉；所述光纖陣列中的光纖與所述M*N個(gè)輸出通道耦合，用于傳輸從所述分光組件輸出的輸出光束；所述放大鏡組設(shè)置在所述光纖陣列的出射光路上，用于將所述光纖陣列出射的所述輸出光束折射至人眼。
【專利說明】
近眼顯示系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及増強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種近眼顯示系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的飛速發(fā)展，使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也隨之飛速發(fā)展。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通常基于攝像頭等圖像采集設(shè)備獲得的真實(shí)物理環(huán)境影像，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)識(shí)別分析及查詢檢索，將與之存在關(guān)聯(lián)的文本內(nèi)容、圖像內(nèi)容或圖像模型等虛擬生成的虛擬圖像顯示在真實(shí)物理環(huán)境影像中，從而使用戶能夠獲得身處的現(xiàn)實(shí)物理環(huán)境中的真實(shí)物體的標(biāo)注、說明等相關(guān)擴(kuò)展信息，或者體驗(yàn)到現(xiàn)實(shí)物理環(huán)境中真實(shí)物體的立體的、突出強(qiáng)調(diào)的增強(qiáng)視覺效果。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，該模擬環(huán)境能夠同時(shí)通過視覺、聽覺、觸覺等反饋方式，使得用戶沉浸到模擬環(huán)境展示出的虛擬世界中。
[0003]現(xiàn)有的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為了顯示更大的顯示視場(chǎng)，可以采用放大鏡組來成像，但是在通過放大鏡組來成像時(shí)，會(huì)存在像差，而像差的存在，使得圖像顯示源經(jīng)放大鏡組放大后，出現(xiàn)中心區(qū)域成像清晰和邊緣區(qū)域成像模糊的情況，使得現(xiàn)有技術(shù)在采用放大鏡組進(jìn)行成像時(shí)，存在成像的清晰度低的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供一種近眼顯示系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，在使用放大鏡組成像時(shí)，能夠有效提高邊緣區(qū)域成像的清晰度，使得放大鏡組成像的清晰度也隨之提高。
[0005]本發(fā)明實(shí)施例第一方面提供了一種近眼顯示系統(tǒng)，包括激光光源、分光組件、光纖陣列、放大鏡組和控制器，所述分光組件包括M*N個(gè)輸出通道，所述光纖陣列的出射端面為曲面，且所述光纖陣列的出射端面設(shè)置在所述放大鏡組的焦距內(nèi)，M和N均為不小于2的整數(shù)；
[0006]所述激光光源用于輸出根據(jù)影像信息調(diào)制的激光;所述激光光源輸出的激光經(jīng)過所述分光組件后，被分成M*N個(gè)光束;所述控制器電性連接所述分光組件，用于根據(jù)所述影像信息的顯示視場(chǎng)灰度，控制所述分光組件中每個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉；所述光纖陣列中的光纖與所述M*N個(gè)輸出通道耦合，用于傳輸從所述分光組件輸出的輸出光束;所述放大鏡組設(shè)置在所述光纖陣列的出射光路上，用于將所述光纖陣列出射的所述輸出光束折射至人眼。
[0007]可選的，所述激光光源包括三色激光光源、準(zhǔn)直鏡組、合束器、親合器和親合光纖，其中，所述三色激光光源輸出三色激光;所述準(zhǔn)直透鏡組設(shè)置于所述三色激光光源的出射光路上，用于對(duì)所述三色激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理;所述合束器設(shè)置于所述準(zhǔn)直透鏡組的出射光路上，用于將所述準(zhǔn)直透鏡組出射的激光進(jìn)行合束處理;所述耦合器設(shè)置于所述合束器的出射光路上，用于將所述合束器出射的激光耦合到所述耦合光纖中；所述耦合光纖與所述耦合器相連，所述耦合光纖用于傳輸經(jīng)過所述耦合器的激光。
[0008]可選的，所述光纖陣列由M行N列光纖緊密排布而成。
[0009]可選的，所述分光組件包括I個(gè)1*M型的第一光分路器和M個(gè)1*N型的第二光分路器，所述第一光分路器的入射端與所述激光光源的出射端相連，所述M個(gè)第二光分路器與所述第一光分路器的M個(gè)出射端一一相連。
[0010]可選的，所述分光組件包括I個(gè)1*M型的第一光分路器、M個(gè)1*N型的第二光分路器和M*N個(gè)通道開關(guān)，所述第一光分路器的入射端與所述激光光源的出射端相連，所述M個(gè)第二光分路器與所述第一光分路器的M個(gè)出射端一一相連;所述M*N個(gè)通道開關(guān)用于控制所述M*N個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉，所述M*N個(gè)通道開關(guān)和所述M*N個(gè)輸出通道——對(duì)應(yīng)。
[0011]可選的，所述分光組件包括I個(gè)M*N型的光分路器，所述M*N型的光分路器集成了M*N個(gè)通道開關(guān)，所述M*N個(gè)通道開關(guān)用于控制所述M*N個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉，所述M*N個(gè)通道開關(guān)和所述M*N個(gè)輸出通道--對(duì)應(yīng)。
[0012]可選的，所述光纖陣列的出射端面與所述放大鏡組的最佳成像曲面重合。
[0013]可選的，所述光纖陣列的出射端面與所述放大鏡組的最佳成像曲面重合，具體為:
[0014]根據(jù)放大鏡成像原理，獲取所述放大鏡組的最佳成像曲面;再根據(jù)預(yù)先設(shè)置的所述光纖陣列中每根光纖的出射端面尺寸，將所述最佳成像曲面離散化，獲取每根光纖在所述最佳成像曲面上的位置，根據(jù)所述位置排列每根光纖。
[0015]可選的，所述光纖陣列中的每根光纖的束腰位置均與所述最佳成像曲面的一個(gè)位置重合。
[0016]可選的，所述光纖陣列中的每根光纖的端面設(shè)置成曲面，每根光纖的曲面出射光束的數(shù)值孔徑與所述放大鏡組的數(shù)值孔徑相匹配。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例第二方面提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括如第一方面介紹的近眼顯示系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例第三方面提供了一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括如第一方面介紹的近眼顯示系統(tǒng)，外界環(huán)境光通過所述近眼顯示系統(tǒng)中的放大鏡組進(jìn)入人眼。
[0019]本發(fā)明的有益效果如下:
[0020]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例中光纖陣列的出射端面為曲面，符合所述放大鏡組的成像面面型，采用逆光路原理放大時(shí)，所述光纖陣列的出射端面發(fā)出的圖像經(jīng)放大鏡組折射后成像，使得邊緣區(qū)域成像仍能會(huì)很清晰，進(jìn)而能夠提高成像的清晰度，且所述光纖陣列的出射端面設(shè)置在放大鏡組的焦距內(nèi)，使得折射后成像為放大正立的虛像，能夠使得顯示視場(chǎng)增大，由此可知，本申請(qǐng)實(shí)施例在確保顯示視場(chǎng)的情況下，能夠有效提高邊緣區(qū)域成像的清晰度，使得放大鏡組成像的清晰度也隨之提高。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中近眼顯示系統(tǒng)的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中近眼顯示系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中激光光源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中激光光源和分光組件的連接結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中第二光分路器2041的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中光纖陣列的出射端面為曲面時(shí)的光束傳輸原理圖。
[0027]附圖中有關(guān)標(biāo)記如下:
[0028]10——激光光源，11——激光光源，12——激光光源，101——紅色激光光源，102 綠色激光光源，103 監(jiān)色激光光源，104 準(zhǔn)直鏡組，1041 準(zhǔn)直鏡組，1042 準(zhǔn)直鏡組，1043 準(zhǔn)直鏡組，105 含束器，1051 一■向色鏡，1052 一■向色鏡，1053 一■向色鏡，106 親合器，107 親合光纖，20 分光組件，21 分光組件，22——分光組件，201——M*N型的光分路器，202——M*N個(gè)通道開關(guān)，203——1*M型的第一光分路器，204——M個(gè)1*N型的第二光分路器，2041——第二光分路器，205——1*N個(gè)通道開關(guān)，206——N根耦出光纖，30——光纖陣列，31——第一光纖陣列，32——第二光纖陣列，40--放大鏡組，41--第一放大鏡組，42--第二放大鏡組，50--控制器，
60——左眼，61——右眼。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提供一種近眼顯示系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，在使用放大鏡組成像時(shí)，能夠有效提高邊緣區(qū)域成像的清晰度，使得放大鏡組成像的清晰度也隨之提高。
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]如圖1所示，本發(fā)明第一方面提供了一種近眼顯示系統(tǒng)，包括激光光源10、分光組件20、光纖陣列30、放大鏡組40和控制器50，分光組件20包括M*N個(gè)輸出通道，光纖陣列30的出射端面為曲面，且光纖陣列30的出射端面設(shè)置在放大鏡組40的焦距內(nèi)，M和N均為不小于2的整數(shù)；
[0032]激光光源10用于輸出根據(jù)影像信息調(diào)制的激光;激光光源10輸出的激光經(jīng)過分光組件20后，被分成M*N個(gè)光束;控制器50電性連接分光組件20，用于根據(jù)所述影像信息的顯示視場(chǎng)灰度，控制分光組件20中每個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉；光纖陣列30中的光纖與所述M*N個(gè)輸出通道耦合，用于傳輸從分光組件20輸出的輸出光束;放大鏡組40設(shè)置在光纖陣列30的出射光路上，用于將光纖陣列30出射的所述輸出光束折射至人眼，所述人眼包括人的左眼60和右眼61。
[0033]由于光纖陣列30的出射端面設(shè)置在放大鏡組40的焦距內(nèi)，使得放大鏡組40將光纖陣列30出射的所述輸出光束折射至人眼時(shí)，形成放大正立的虛像，如此，能夠使得所述近眼顯示系統(tǒng)的顯示視場(chǎng)增大，且圖像的顯示面積也會(huì)隨之增大。
[0034]而且，根據(jù)放大鏡組40的光學(xué)成像原理，由于像差的存在，其成像面不是理想的平面，而是曲面，采用逆光路原理放大時(shí)，平面型圖像顯示源經(jīng)放大鏡組放大后，出現(xiàn)中心區(qū)域成像清晰和邊緣區(qū)域成像模糊的情況。若圖像顯示源為曲面，符合放大鏡組40的成像面面型，采用逆光路原理放大時(shí)，曲面型圖像顯示源經(jīng)放大鏡組放大后，使得邊緣區(qū)域成像仍能會(huì)很清晰，而本發(fā)明實(shí)施例中光纖陣列30的出射端面為曲面，符合放大鏡組40的成像面面型，如此，能夠使得使用放大鏡組40成像時(shí)能夠有效提高邊緣區(qū)域成像的清晰度，使得放大鏡組成像的清晰度也隨之提高。
[0035]繼續(xù)參見圖1，放大鏡組40可以分為兩組，其中第一放大鏡組41對(duì)應(yīng)人的左眼60，第二放大鏡組42對(duì)應(yīng)人的右眼61;當(dāng)然，放大鏡組40也可以是一組放大鏡組成，本申請(qǐng)不作具體限制。
[0036]本申請(qǐng)實(shí)施例中，激光光源10還可以包括S個(gè)激光光源，這時(shí)每個(gè)激光光源對(duì)應(yīng)一個(gè)分光組件，通過對(duì)應(yīng)的分光組件將所述S個(gè)激光光源出射的激光分成M*N個(gè)光束；由于每個(gè)激光光源對(duì)應(yīng)一個(gè)分光組件，使得分光組件20也包括S個(gè)分光組件;而且每個(gè)分光組件對(duì)應(yīng)一個(gè)光纖陣列，使得光纖陣列30也包括S個(gè)光纖陣列，其中，S為不小于2的整數(shù)，下面具體以S = 2為例。
[0037]如圖2所示，激光光源10由激光光源11和激光光源12組成；同理，分光組件20也由分光組件21和分光組件22組成，以及光纖陣列30也由第一光纖陣列31和第二光纖陣列32組成。
[0038]具體的，在M*N為2的整數(shù)倍時(shí)，激光光源11發(fā)出的激光經(jīng)分光組件21后，被分成M*N/2個(gè)光束，所述M*N/2個(gè)光束耦合到第一光纖陣列31中，再通過第一光纖陣列31輸出至第一放大鏡組41，最后由第一放大鏡組41折射進(jìn)人的左眼60;激光光源12發(fā)出的激光經(jīng)分光組件22后，被分成M*N/2個(gè)光束，所述M*N/2個(gè)光束耦合到第二光纖陣列32中，再通過第二光纖陣列32輸出至第二放大鏡組42，最后由第二放大鏡組42折射進(jìn)人的右眼61;當(dāng)在M*N為奇數(shù)時(shí)，激光光源11發(fā)出的激光經(jīng)分光組件21后，被分成(M*N+1) /2個(gè)光束，所述M*N/2個(gè)光束耦合到第一光纖陣列31中，再通過第一光纖陣列31輸出至第一放大鏡組41，最后由第一放大鏡組41折射進(jìn)人的左眼60;激光光源12發(fā)出的激光經(jīng)分光組件22后，被分成(M*N-1 )/2個(gè)光束，所述M*N/2個(gè)光束耦合到第二光纖陣列32中，再通過第二光纖陣列32輸出至第二放大鏡組42，最后由第二放大鏡組42折射進(jìn)人的右眼61。
[0039]具體的，激光光源10可以為單色激光光源或多色激光光源，在為單色激光管光源時(shí)，用于顯示單色圖像;在為多色激光光源時(shí)，用于顯示單色圖像和多色圖像;進(jìn)一步的，激光光源10具體可以為三色激光光源，例如為RGB激光光源等，下面具體以三色激光光源為例。
[0040]本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述影像信息的顯示視場(chǎng)灰度包括所述影像信息對(duì)應(yīng)的圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的灰度，根據(jù)所述影像信息可以獲取到與其對(duì)應(yīng)的圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的灰度，其中每個(gè)像素點(diǎn)的灰度即為一個(gè)顯示視場(chǎng)的灰度，例如當(dāng)0°視場(chǎng)的灰度為與其對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的灰度例如為O?255中的一個(gè)值。
[0041]以激光光源10為一個(gè)激光光源為例，其結(jié)構(gòu)具體如圖3所示，激光光源10包括紅色激光光源101、綠色激光光源102和藍(lán)色激光光源103，其中，紅色激光光源1I用于發(fā)射紅色激光，綠色激光光源用于發(fā)射綠色激光，藍(lán)色激光光源103用于發(fā)射藍(lán)色激光。
[0042]繼續(xù)參見圖3，激光光源10還包括準(zhǔn)直鏡組104、合束器105、耦合器106和耦合光纖107，準(zhǔn)直鏡組104設(shè)置于激光光源10的出射光路上，用于對(duì)激光光源10發(fā)射的激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理，其中，準(zhǔn)直鏡組104包括準(zhǔn)直鏡1041、準(zhǔn)直鏡1042和準(zhǔn)直鏡1043，準(zhǔn)直鏡1041設(shè)置于紅色激光光源101的出射光路上，用于對(duì)紅色激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理;準(zhǔn)直鏡1042設(shè)置于綠色激光光源102的出射光路上，用于對(duì)綠色激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理;準(zhǔn)直鏡1043設(shè)置于藍(lán)色激光光源103的出射光路上，用于對(duì)藍(lán)色激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理。當(dāng)然，激光光源10還可以是由紅色激光光源101、綠色激光光源102、藍(lán)色激光光源103、合束器105、耦合器106和耦合光纖107組成，而未包含準(zhǔn)直鏡組104，其中，耦合光纖107可以是晶狀體纖維光纖例如二氧化硅光導(dǎo)纖維。
[0043]繼續(xù)參見圖3，合束器105設(shè)置于準(zhǔn)直鏡組104的出射光路上，用于將準(zhǔn)直鏡組104出射的激光進(jìn)行合束處理，其中，合束器105包括二向色鏡1051、二向色鏡1052和二向色鏡1053，其中，二向色鏡1051反射紅光和透射綠光，二向色鏡1052透射綠光，二向色鏡1053透射紅綠光和反射藍(lán)光，從而將準(zhǔn)直鏡組104發(fā)出的激光合成為一個(gè)光路，在此就不再贅述了。
[0044]繼續(xù)參見圖3，耦合器106設(shè)置于合束器106的出射光路上，用于將合束器105出射的激光親合到親合光纖107中；親合光纖107與親合器106相連，親合光纖107用于傳輸經(jīng)過親合器106的激光。
[0045]本申請(qǐng)實(shí)施例中，在激光光源10包括S個(gè)激光光源時(shí)，其中每一個(gè)激光光源的結(jié)構(gòu)具體如圖3所示，在此就不再贅述了。
[0046]以分光組件20為一個(gè)分光組件為例，參見圖1，分光組件20可以為I個(gè)M*N型的光分路器201，M*N型的光分路器201集成了 M*N個(gè)通道開關(guān)202，M*N個(gè)通道開關(guān)202用于控制所述M*N個(gè)輸出通道的開通和斷開，M*N個(gè)通道開關(guān)202和所述M*N個(gè)輸出通道——對(duì)應(yīng)；當(dāng)然，分光組件20還可以是I個(gè)M*N型的光分路器201和M*N個(gè)通道開關(guān)202，其中，所述通道開關(guān)可以是光開關(guān)或光衰減器或光強(qiáng)調(diào)制器等，在所述通道開關(guān)為光開關(guān)時(shí)，能夠控制輸出通道的開通和斷開;在所述通道開關(guān)為光衰減器時(shí)，通過所述光衰減器不僅能夠控制輸出通道的開通和斷開，還能夠控制輸出通道輸出光束的能量，其中，在輸出通道開通時(shí)，光束通過輸出通道傳輸至光纖陣列30;在輸出通道斷開時(shí)，光束不能通過輸出通道傳輸至光纖陣列30。
[0047]其中，在所述通道開關(guān)為光衰減器時(shí)，通過光衰減器控制對(duì)應(yīng)的輸出通道的輸出能量為0，即可以確定該輸出通道已斷開;若通過光衰減器控制對(duì)應(yīng)的輸出通道的輸出能量大于0，即可以確定該輸出通道已開通。
[0048]具體來講，參見圖4，分光組件20還可以是I個(gè)1*M型的第一光分路器203、M個(gè)1*N型的第二光分路器204和M*N個(gè)通道開關(guān)202，第一光分路器203的入射端與激光光源10的出射端相連，即第一光分路器203的入射端與親合光纖107相連，M個(gè)第二光分路器204與第一光分路器203的M個(gè)出射端——相連;M*N個(gè)通道開關(guān)202用于控制所述M*N個(gè)輸出通道的開通和斷開，M*N個(gè)通道開關(guān)202和所述M*N個(gè)輸出通道一一對(duì)應(yīng)，進(jìn)而使得每個(gè)輸出通道可以通過相應(yīng)的通道開關(guān)來獨(dú)立控制該輸出通道的開通和斷開，其中，每個(gè)輸出通道均為一根光纖，使得M*N個(gè)輸出通道202 S卩為M*N根光纖。
[0049]其中，分光組件20在將激光光源10輸出的激光分成M*N個(gè)光束時(shí)，用于將激光光源10輸出的激光分成能量相等的M*N個(gè)光束，例如紅色激光光源101設(shè)置的最大輸出能量為ER，經(jīng)分光組件20分束后最終光纖分束器的每一輸出通道的出射端出射的最大能量為ER/(M*N)，每一根光纖出射的能量能夠顯示所述影像信息對(duì)應(yīng)的圖像的所有灰度等級(jí)。例如所述影像信息對(duì)應(yīng)的圖像的灰度等級(jí)為8位，即有0-255這256個(gè)灰度等級(jí)，單位灰度對(duì)應(yīng)的紅色激光需求能量為ER/(M*N)/256，在所述圖像的灰度為255時(shí)，則可以通過光衰減器控制輸出通道出射的能量為ER/(M*N);在所述圖像的灰度為160時(shí)，則通過光衰減器控制輸出通道出射的能量為ER*(160+l)/(M*N)/256，用于使得該輸出通道出射的能量與圖像的灰度所需能量相匹配。
[0050]當(dāng)然，在使用光開關(guān)控制光纖出射光束來實(shí)現(xiàn)256個(gè)灰度等級(jí)時(shí)，可以通過光開關(guān)控制輸出通道的開啟時(shí)長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)，例如可以獲取光纖顯示所述影像信息對(duì)應(yīng)的圖像中的一個(gè)像素點(diǎn)的像素時(shí)長(zhǎng)，再根據(jù)所述圖像的灰度等級(jí)來劃分所述像素時(shí)長(zhǎng)，若圖像的灰度等級(jí)為8位，即有0-255這256個(gè)灰度等級(jí)，則將所述像素時(shí)長(zhǎng)劃分為256段，若顯示的像素的灰度為160時(shí)，則控制光纖顯示該像素的時(shí)長(zhǎng)為所述像素時(shí)長(zhǎng)*( 160+1 )/256。
[0051 ] 參見圖5，以M個(gè)第二光分路器204中的一個(gè)第二光分路器2041為例，第二光分路器2041的入射端與第一光分路器203的一個(gè)出射端相連，第二光分路器2061的N個(gè)出射端與I*N個(gè)通道開關(guān)205——相連，1*N個(gè)通道開關(guān)205的輸出端還可以連接N根耦出光纖206，用于與光纖陣列30中的光纖相連，其中，1*N個(gè)通道開關(guān)205用于控制第二光分路器2041的N個(gè)出射端的開通和斷開，即控制第二光分路器2041的N個(gè)輸出通道的開通和斷開。
[0052]具體的，光纖陣列30由M行N列光纖緊密排布而成，即包括M*N根光纖，所述M*N個(gè)輸出通道輸出的光束耦合進(jìn)所述M*N根光纖，再通過所述M*N根光纖將所述M*N個(gè)輸出通道輸出的光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，將偏轉(zhuǎn)后的光束投射至人眼，其中，所述緊密排布為每相鄰兩根光纖之間的間隔不大于預(yù)設(shè)距離，所述預(yù)設(shè)距離根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)定，所述預(yù)設(shè)距離可以為不小于2 5微米(um)的值，例如為2 5um、30um和3 5um等，本申請(qǐng)不作具體限制。
[0053]具體的，參見圖1，光纖陣列30可以組成一個(gè)光纖面板，進(jìn)一步的，光纖陣列30可以封裝在透明基板中，光纖陣列30中的光纖為裸光纖外層涂覆一層極薄的透明保護(hù)膠即涂覆層，每相鄰兩根光纖之間的空隙用與所述涂覆層折射率相同或近似的材料填充，以使得外界環(huán)境光穿過所述透明基板時(shí)，外界環(huán)境光在所述透明基板中偏轉(zhuǎn)的角度相同，使得用戶更真實(shí)的觀察到的現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境，其中，所述透明基板為透明度大于預(yù)設(shè)透明度的基板，所述預(yù)設(shè)透明度的取值范圍為75%-100%，即可以為75%-100%之間的任意一個(gè)值，例如為75%、85% 和 100% 等。
[0054]本申請(qǐng)實(shí)施例中，光纖陣列30中一根光纖對(duì)應(yīng)一個(gè)像素點(diǎn)，在顯示所述影像信息對(duì)應(yīng)的圖像時(shí)，將所述圖像中的像素點(diǎn)與光纖陣列30中光纖進(jìn)行對(duì)應(yīng)，使得所述近眼系統(tǒng)一次可以顯示所述圖像中的所有像素點(diǎn)，在所述圖像為單色圖像時(shí)，可以通過一次顯示即可顯示所述圖像的所有像素點(diǎn)；在所述圖像為彩色圖像時(shí)，可以采用時(shí)序的方式來顯示所述圖像，這時(shí)需要至少通過三次顯示即可顯示所述圖像的所有像素點(diǎn)。
[0055]本申請(qǐng)實(shí)施例中，在所述通道開關(guān)為光開關(guān)時(shí)，控制器50根據(jù)所述影像信息的顯示視場(chǎng)灰度，控制分光組件20中的每個(gè)輸出通道的開通和斷開，具體為:控制50根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)的灰度，從所述M*N個(gè)輸出通道中選取K*F個(gè)輸出通道并控制其開啟時(shí)長(zhǎng)，而將未被選取的輸出通道斷開，其中，所述K*F個(gè)輸出通道與每個(gè)像素點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，其中，控制器50可以是單片機(jī)、處理芯片和控制電路等。
[0056]進(jìn)一步的，由于光纖陣列30中的M*N根光纖與所述M*N個(gè)輸出通道耦合，在K*F個(gè)輸出通道開通時(shí)，K*F個(gè)輸出通道輸出的輸出光束會(huì)傳輸至與其對(duì)應(yīng)的K*F根光纖，使得控制器50通過相應(yīng)的光開關(guān)來控制所述K*F根光纖的輸出光束，并將輸出的光束投射至人眼，在通過相應(yīng)的光開關(guān)來控制所述K*F根光纖的輸出光束時(shí)，控制器50根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)的灰度，控制所述K*F根光纖中每根光纖輸出光束的時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)而使得輸出的光束能夠顯示每個(gè)像素點(diǎn)的灰度，而且由于K和F均為正整數(shù)，使得每一時(shí)刻可以開啟多個(gè)輸出通道，即每一時(shí)刻可以通過多根光纖來輸出多個(gè)視場(chǎng)光即多個(gè)像素點(diǎn)，而現(xiàn)有技術(shù)每一時(shí)刻僅能顯示一個(gè)像素點(diǎn)，由于圖像的像素點(diǎn)是不變的，而在每一時(shí)刻顯示的像素點(diǎn)的數(shù)量增多時(shí)，其通道開關(guān)的開關(guān)頻率必然會(huì)降低，如此，能夠有效降低通道開關(guān)的開關(guān)頻率，以及在單位時(shí)間內(nèi)開關(guān)頻率降低的情況下，其能量利用率也會(huì)隨之提高。
[0057]本申請(qǐng)實(shí)施例中，在所述通道開關(guān)為光衰減器時(shí)，控制器50根據(jù)所述影像信息的顯示視場(chǎng)灰度，控制分光組件20中的每個(gè)輸出通道的開通和斷開，具體為:控制器50根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)的灰度，從所述M*N個(gè)輸出通道中選取K*F個(gè)輸出通道并控制其中每個(gè)輸出通道的輸出能量，而將未被選取的輸出通道斷開；由于光纖陣列30中的M*N根光纖與所述M*N個(gè)輸出通道耦合，在K*F個(gè)輸出通道開通時(shí)，K*F個(gè)輸出通道輸出的輸出光束會(huì)傳輸至與其對(duì)應(yīng)的K*F根光纖，使得控制器50通過相應(yīng)的光衰減器來控制所述K*F根光纖中每根光纖的輸出能量，并將輸出的光束投射至人眼，其中，所述K*F個(gè)輸出通道的中每個(gè)輸出通道的輸出能量與對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的灰度所需能量相同或差值很小，并通過光衰減器控制未被選取的輸出通道的輸出能量為0，如此，能夠有效提高圖像顯示的效果。
[0058]本申請(qǐng)實(shí)施例中，光纖陣列30中每根光纖的出射端面可以是平面，也可以是曲面，光纖可以是晶狀體纖維光纖例如二氧化硅光導(dǎo)纖維，該種光纖可以獲得出射光斑束腰極小和大數(shù)值孔徑的光束;在光纖的出射端面具有一定弧度的凹曲面時(shí)，凹曲面會(huì)會(huì)聚光束，使得投射至人眼的光束產(chǎn)生的光斑減小，進(jìn)而能夠提高圖像顯示的效果;在光纖的出射端面具有一定弧度的凸曲面時(shí)，凸曲面會(huì)發(fā)散光束，使得投射至人眼的光束產(chǎn)生的光斑增大，進(jìn)而在一定程度上影響圖像顯示的效果;優(yōu)選的，本申請(qǐng)實(shí)施例中每根光纖的出射端面均為凹曲面。
[0059]當(dāng)然，為提高能量利用率，減小非成像光束引起的雜光，本申請(qǐng)實(shí)施例中將每根光纖的端面設(shè)置為曲面，且每根光纖的曲面出射光束的數(shù)值孔徑和放大鏡組40的數(shù)值孔徑匹配。
[0060]本申請(qǐng)實(shí)施例中，光纖陣列30的出射端面排布成弧面，每一根光纖對(duì)應(yīng)一個(gè)視場(chǎng)光場(chǎng)即一個(gè)像素點(diǎn)，因此顯示分辨率由每一根光纖的尺寸(口徑)和數(shù)量決定，其口徑越大數(shù)量越大，顯示分辨率越高，反之，則顯示分辨率越低;光纖陣列30中的光纖可以為單模光纖和多模光纖，光纖陣列30的中心區(qū)域用單模光纖獲得更高的顯示分辨率，邊緣區(qū)域采用多模光纖顯不低分辨率。
[0061 ]本申請(qǐng)實(shí)施例中，光纖陣列30的出射端面與放大鏡組40的最佳成像曲面重合，具體的，可以根據(jù)放大鏡成像原理，獲取放大鏡組40的最佳成像曲面，其中，所述最佳成像曲面;再根據(jù)預(yù)先設(shè)置的光纖陣列30中每根光纖的出射端面尺寸，將所述最佳成像曲面離散化，獲取每根光纖在所述最佳成像曲面上的位置，根據(jù)所述位置排列每根光纖，進(jìn)而將光纖陣列30的出射端面與放大鏡組40的最佳成像曲面重合。
[0062]具體來講，根據(jù)放大鏡成像原理，可以計(jì)算得到放大鏡組40的最佳成像曲面，當(dāng)光纖陣列30的出射端面與所述最佳成像曲面重合時(shí)，使得光纖陣列30的出射端面出射的光束經(jīng)放大鏡組40折射后成像，成像的清晰度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖陣列30的出射端面設(shè)置為平面的清晰度。進(jìn)一步的，由于所述最佳成像曲面形成的是放大正立的虛像，使得所述最佳成像曲面位于放大鏡組40的焦距內(nèi)。
[0063]本申請(qǐng)實(shí)施例中，由于光纖出射的是高斯光束，其束腰處是光源出射點(diǎn)，光纖參數(shù)確定后，光纖的束腰位置和光纖出射端面的相對(duì)位置是確定，光纖排布時(shí)確保每根光纖的束腰位置位于所述最佳成像曲面上的一個(gè)位置，如此，能夠進(jìn)一步提高成像的清晰度。
[0064]具體的，如圖6所示，光纖陣列31的出射端面為曲面，且與放大鏡組41的最佳成像曲面重合，光纖陣列31中的每根光纖發(fā)出的光束為錐形光束，且每根光纖的數(shù)值孔徑與放大鏡組41的數(shù)值孔徑相匹配，使得每根光纖發(fā)出的光束均能夠被放大鏡組41所接收到并折射至人眼60。
[0065]繼續(xù)如圖6所示，光纖陣列31中的每根光纖的出射端面設(shè)置為凹曲面，凹曲面會(huì)會(huì)聚光束，使得投射至人眼的光束產(chǎn)生的光斑減小，進(jìn)而能夠提高圖像顯示的效果。
[0066]同理，光纖陣列32的出射端面也為曲面，且與放大鏡組42的最佳成像曲面重合，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示，在此就不再贅述了。
[0067]由于光纖陣列30是封裝在所述透明基板，使得外界環(huán)境光可以通過所述透明基板和放大鏡組40折射至人眼，從而觀察到現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境。
[0068]在實(shí)際應(yīng)用過程中，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的近眼顯示系統(tǒng)在用作增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示時(shí)，在光纖陣列30的遠(yuǎn)離人眼一側(cè)設(shè)置調(diào)光結(jié)構(gòu)，所述調(diào)光結(jié)構(gòu)具體為聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，簡(jiǎn)稱:PDLC)膜層和用于控制所述I3DLC膜層通斷電的光開關(guān);采用分時(shí)段顯示虛擬圖像和現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境;設(shè)人眼的刷新率為30Hz，將該刷新率對(duì)應(yīng)的時(shí)間段分成2段，一段時(shí)間用于顯示虛擬圖像，此段時(shí)間內(nèi)使PDLC膜層的光開關(guān)斷開，使得TOLC膜層呈不透明狀態(tài)；另一段時(shí)間用于觀察現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境，此段時(shí)間內(nèi)使TOLC膜層的光開關(guān)開通，從而對(duì)PDLC膜層施加電壓，使其呈透明狀態(tài)，使得外界環(huán)境光能夠通過PDLC膜層和所述透明基板；如此，使得外界環(huán)境光能夠通過TOLC膜層和所述透明基板再通過放大鏡組40折射進(jìn)入人眼，實(shí)現(xiàn)觀察到現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境。
[0069]當(dāng)然，還可以將所述刷新率對(duì)應(yīng)的時(shí)間段分成至少3段，其中的一段或多段時(shí)間用于顯示虛擬圖像，剩下的至少一段時(shí)間用于觀察現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境。
[0070]本發(fā)明的有益效果如下:
[0071]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例中光纖陣列的出射端面為曲面，符合所述放大鏡組的成像面面型，采用逆光路原理放大時(shí)，所述光纖陣列的出射端面發(fā)出的圖像經(jīng)放大鏡組折射后成像，使得邊緣區(qū)域成像仍能會(huì)很清晰，進(jìn)而能夠提高成像的清晰度，且所述光纖陣列的出射端面設(shè)置在放大鏡組的焦距內(nèi)，使得折射后成像為放大正立的虛像，能夠使得顯示視場(chǎng)增大，由此可知，本申請(qǐng)實(shí)施例在確保顯示視場(chǎng)的情況下，能夠有效提高邊緣區(qū)域成像的清晰度，使得放大鏡組成像的清晰度也隨之提高。
[0072]實(shí)施例二:
[0073]本發(fā)明實(shí)施例第二方面提供了一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括如第一方面介紹的近眼顯示系統(tǒng)。
[0074]在第一方面已經(jīng)詳細(xì)介紹了近眼顯示系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行過程，在此就不再贅述了。
[0075]具體的，所述虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備還可以包括外殼，所述近眼顯示系統(tǒng)設(shè)置在所述外殼中。
[0076]實(shí)施例三:
[0077]本發(fā)明實(shí)施例第三方面提供了一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，包括如第一方面介紹的近眼顯示系統(tǒng)，外界環(huán)境光通過所述近眼顯示系統(tǒng)中的放大鏡組進(jìn)入人眼。
[0078]在第一方面中已經(jīng)詳細(xì)介紹了近眼顯示系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行過程，在此就不再贅述了。
[0079]具體的，所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備還可以包括外殼，所述第一近眼顯示系統(tǒng)和所述第二近眼顯示系統(tǒng)均設(shè)置在所述外殼中。
[0080]具體的，所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備中光纖陣列30封裝在透明基板中，使得外界環(huán)境光可以通過所述透明基板和放大鏡組40折射至人眼，從而觀察到現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境。
[0081]在實(shí)際應(yīng)用過程中，所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備還包括在光纖陣列30的遠(yuǎn)離人眼一側(cè)設(shè)置調(diào)光結(jié)構(gòu)，所述調(diào)光結(jié)構(gòu)具體為PDLC膜層和用于控制所述PDLC膜層通斷電的光開關(guān);采用分時(shí)段顯示虛擬圖像和現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境;設(shè)人眼的刷新率為30Hz，將該刷新率對(duì)應(yīng)的時(shí)間段分成2段，一段時(shí)間用于顯示虛擬圖像，此段時(shí)間內(nèi)使TOLC膜層的光開關(guān)斷開，使得TOLC膜層呈不透明狀態(tài)；另一段時(shí)間用于觀察現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境，此段時(shí)間內(nèi)使PDLC膜層的光開關(guān)開通，從而對(duì)PDLC膜層施加電壓，使其呈透明狀態(tài)，使得外界環(huán)境光能夠通過TOLC膜層和所述透明基板；如此，使得外界環(huán)境光能夠通過PDLC膜層和所述透明基板再通過放大鏡組40折射進(jìn)入人眼，實(shí)現(xiàn)觀察到現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境。
[0082]當(dāng)然，還可以將所述刷新率對(duì)應(yīng)的時(shí)間段分成至少3段，其中的一段或多段時(shí)間用于顯示虛擬圖像，剩下的至少一段時(shí)間用于觀察現(xiàn)實(shí)外界環(huán)境。
[0083]本發(fā)明的有益效果如下:
[0084]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例中光纖陣列的出射端面為曲面，符合所述放大鏡組的成像面面型，采用逆光路原理放大時(shí)，所述光纖陣列的出射端面發(fā)出的圖像經(jīng)放大鏡組折射后成像，使得邊緣區(qū)域成像仍能會(huì)很清晰，進(jìn)而能夠提高成像的清晰度，且所述光纖陣列的出射端面設(shè)置在放大鏡組的焦距內(nèi)，使得折射后成像為放大正立的虛像，能夠使得顯示視場(chǎng)增大，由此可知，本申請(qǐng)實(shí)施例在確保顯示視場(chǎng)的情況下，能夠有效提高邊緣區(qū)域成像的清晰度，使得放大鏡組成像的清晰度也隨之提高。
[0085]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種近眼顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括激光光源、分光組件、光纖陣列、放大鏡組和控制器，所述分光組件包括M*N個(gè)輸出通道，所述光纖陣列的出射端面為曲面，且所述光纖陣列的出射端面設(shè)置在所述放大鏡組的焦距內(nèi)，M和N均為不小于2的整數(shù)； 所述激光光源用于輸出根據(jù)影像信息調(diào)制的激光;所述激光光源輸出的激光經(jīng)過所述分光組件后，被分成M*N個(gè)光束;所述控制器電性連接所述分光組件，用于根據(jù)所述影像信息的顯示視場(chǎng)灰度，控制所述分光組件中每個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉；所述光纖陣列中的光纖與所述M*N個(gè)輸出通道耦合，用于傳輸從所述分光組件輸出的輸出光束;所述放大鏡組設(shè)置在所述光纖陣列的出射光路上，用于將所述光纖陣列出射的所述輸出光束折射至人眼。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源包括三色激光光源、準(zhǔn)直鏡組、合束器、耦合器和耦合光纖，其中，所述三色激光光源輸出三色激光;所述準(zhǔn)直透鏡組設(shè)置于所述三色激光光源的出射光路上，用于對(duì)所述三色激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理;所述合束器設(shè)置于所述準(zhǔn)直透鏡組的出射光路上，用于將所述準(zhǔn)直透鏡組出射的激光進(jìn)行合束處理;所述耦合器設(shè)置于所述合束器的出射光路上，用于將所述合束器出射的激光耦合到所述耦合光纖中；所述耦合光纖與所述耦合器相連，所述耦合光纖用于傳輸經(jīng)過所述耦合器的激光。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖陣列由M行N列光纖緊密排布而成。4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分光組件包括I個(gè)1*M型的第一光分路器和M個(gè)1*N型的第二光分路器，所述第一光分路器的入射端與所述激光光源的出射端相連，所述M個(gè)第二光分路器與所述第一光分路器的M個(gè)出射端一一相連。5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分光組件包括I個(gè)1*M型的第一光分路器、M個(gè)1*N型的第二光分路器和M*N個(gè)通道開關(guān)，所述第一光分路器的入射端與所述激光光源的出射端相連，所述M個(gè)第二光分路器與所述第一光分路器的M個(gè)出射端 相連;所述M*N個(gè)通道開關(guān)用于控制所述M*N個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉，所述M*N個(gè)通道開關(guān)和所述M*N個(gè)輸出通道--對(duì)應(yīng)。6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分光組件包括I個(gè)M*N型的光分路器，所述M*N型的光分路器集成了 M*N個(gè)通道開關(guān)，所述M*N個(gè)通道開關(guān)用于控制所述M*N個(gè)輸出通道的開啟和關(guān)閉，所述M*N個(gè)通道開關(guān)和所述M*N個(gè)輸出通道--對(duì)應(yīng)。7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖陣列的出射端面與所述放大鏡組的最佳成像曲面重合。8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖陣列的出射端面與所述放大鏡組的最佳成像曲面重合，具體為: 根據(jù)放大鏡成像原理，獲取所述放大鏡組的最佳成像曲面;再根據(jù)預(yù)先設(shè)置的所述光纖陣列中每根光纖的出射端面尺寸，將所述最佳成像曲面離散化，獲取每根光纖在所述最佳成像曲面上的位置，根據(jù)所述位置排列每根光纖。9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖陣列中的每根光纖的束腰位置均與所述最佳成像曲面的一個(gè)位置重合。10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖陣列中的每根光纖的端面設(shè)置成曲面，每根光纖的曲面出射光束的數(shù)值孔徑與所述放大鏡組的數(shù)值孔徑相匹配。11.一種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-10中任一權(quán)項(xiàng)所述的近眼顯示系統(tǒng)。12.—種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-10中任一權(quán)項(xiàng)所述的近眼顯示系統(tǒng)，外界環(huán)境光通過所述近眼顯示系統(tǒng)中的放大鏡組進(jìn)入人眼。
【文檔編號(hào)】G02B27/01GK105892064SQ201610510978
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年7月1日
【發(fā)明人】黃琴華
【申請(qǐng)人】成都理想境界科技有限公司